Tulevikus võib paberelektroonika seadmeid energiaga varustada paber-superkondensaator

Kõiki neid teadlaste poolt valmistatavate pabertransistoreid ning paberdispleisid on nüüd võimalik töös hoida samuti paberil asuva energiaallika abil, seda tänu uue paber-superkondensaatori väljatöötamisele. Stanfordi Ülikoolis konstrueeritud paber-superkondensaator on valmistatud spetsiaalselt töödeldud paberile prinditud süsinik-nanotorudest. Teadlased loodavad, et selline sisseehitatud disain viib tulevikus odavate, äravisatavate paberelektroonikaseadmete tootmiseni.

Paber-superkondensaatori kõik vajalikud komponendid on paberilehele sisse ehitatud, seda ühe aatomkihiliste seinadega süsinik nanotorude(single walled carbon nanotubes, SWNT, toim.) kujul. SWNT-de paberitükile printimiseks saab kasutada ülikiiret printimist, paberina võib kasutada kõike alates Xerox paberitest kuni ajalehtede ja isegi reklaamlehtedeni. Esialgselt leidsid teadlased, et nanotorud on nii väikesed, et läbistasid paberit läbi mikromeetri suuruste pooride, mis põhjustas seadmetes lühiseid. Probleemi lahendamiseks katsid teadlased esmalt paberi mõlemad pooled polüvinülideenfluoriidiga(PVDF), mis blokeeris poorid kuid lasi elektrolüütidel läbi paberi liikuda. Niisugusel kujul funktsioneeris töödeldud paber kui elektrolüüt-membraan ning eraldaja ning ei põhjustanud enam seadmes lühiseid.

,,Võtmedisain seisneb selles, et SWNT-d jäävad hästi paberi külge kinni ning ei tungi üldse läbi paberi, see hoiab ära lühised seadmes,” sõnas Yi Cui Stanfordi Ülikoolist.

Kui süsinik-nanotorud olid töödeldud paberile prinditud, katsetasid teadlased tugevaid sidustuvaid jõude, sarnaseid näiteks pliiatsi või pastakaga paberile kirjutamisega. Isegi hõõrumisel või kleeplindiga kokku viies püsisid süsinik-nanotorud paberil. Pärast SWNT-de mõlemale paberi poolele printimist laaditi superkondensaatori tekitamiseks elektrolüüt. Nanotorud funktsioneerisid superkondensaatoris nii elektroodide kui ka voolukogujatena, mille mahtuvus oli umbes 3F/g. Samuti näitas seade suurepärast stabiilsust tsüklilisel muutumisel, pärast 2500 tsüklit oli mahtuvuses vaid väike kadu. Teadlaste sõnul saaks sama konseptsiooni laiendada ka patareide valmistamisele.

Täies ulatuses integreeritud superkondensaator põhineb samade teadlaste valmistatud varasemal mudelil, kus nanomaterjalid asetati anood- ja katoodsubstraatidele eraldi ning ühendati seejärel eraldaja abil. Uue integreeritud struktuuri eeliseks on fakt, et see võimaldab ülikiiret printimist, mis vähendab kõvasti tootmiskulusid ning toob äravisatavad, painduvad ning kergekaalulised paberelektroonikaseadmed reaalsusele sammu võrra lähemale.

Allikas

Teadusartikkel “Printed energy storage devices by integration of electrodes and separators into single sheets of paper”